사탕수수는 바이오매스 생산량 기준으로 세계에서 가장 큰 작물로, 전 세계에서 생산되는 설탕의 80%와 바이오 연료의 40%를 제공합니다. 공장의 규모와 물과 빛의 효율적인 사용은 첨단 재생 가능, 부가가치 바이오 제품 및 바이오 연료를 생산할 수 있는 주요 후보입니다.

그러나 Saccharum officinarum과 Saccharum spontaneum의 잡종인 사탕수수는 모든 작물 중에서 가장 복잡한 게놈을 가지고 있습니다. 이러한 복잡성은 재래식 육종을 통해 사탕수수를 개량하는 것이 어렵다는 것을 의미합니다. 이 때문에 연구자들은 CRISPR/Cas9 시스템과 같은 유전자 편집 도구를 사용하여 사탕수수 게놈을 정확하게 표적으로 삼아 개선합니다.

식물 생명 공학 저널 (Plant Biotechnology Journal)에 발표 된 새로운 논문에서 플로리다 대학 (CABBI) 첨단 바이오 에너지 및 바이오 제품 혁신 센터 (Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation)의 연구원 팀은 사탕 수수의 잎 각도를 미세 조정하기 위해 CRISPR / Cas9 시스템을 사용하여이 유전 적 복잡성을 활용했습니다. 이러한 유전적 변형을 통해 사탕수수는 더 많은 햇빛을 포착할 수 있었고, 그 결과 생산되는 바이오매스의 양이 증가했습니다.

이 연구는 CABBI 바이오 에너지 연구 센터의 "공장으로서의 식물" 접근 방식과 공급 원료 생산 연구의 주요 목표인 바이오 연료, 바이오 제품 및 사탕수수와 같은 식물 줄기에서 직접 고부가가치 분자를 합성하는 것을 지원합니다.

사탕수수 게놈의 복잡성은 부분적으로는 높은 수준의 중복성 때문입니다. 사탕수수는 각 유전자의 많은 사본을 가지고 있습니다. 따라서 사탕수수 식물이 나타내는 표현형은 일반적으로 특정 유전자의 여러 사본의 누적 발현에 따라 달라집니다. CRISPR/Cas9 시스템은 한 번에 몇 개 또는 여러 개의 유전자 사본을 편집하도록 설계할 수 있기 때문에 이 작업에 적합합니다.

이 연구는 사탕수수의 잎 각도를 결정하는 데 중요한 역할을 하는 유전자인 LIGULELESS1 또는 LG1에 초점을 맞췄습니다. 잎의 각도는 식물이 얼마나 많은 빛을 포착할 수 있는지를 결정하며, 이는 바이오매스 생산에 매우 중요합니다. 사탕수수의 고도로 중복된 게놈에는 40개의 LG1 사본이 포함되어 있기 때문에 연구자들은 이 유전자의 사본 수를 다르게 편집하여 잎 각도를 미세 조정할 수 있었고, 그 결과 LG1의 사본 수가 편집되었는지에 따라 잎 각도가 약간 달라졌습니다.

"LG1 편집된 사탕수수 중 일부에서, 우리는 단지 몇 개의 사본에 돌연변이를 일으켰습니다"라고 플로리다 대학의 연구팀 리더이자 농경제학 교수인 프레디 알트피터(Fredy Altpeter)는 말했습니다. "그리고 그렇게 함으로써 우리는 바이오매스 수율을 증가시키는 최적의 각도를 찾을 때까지 잎의 구조를 조정할 수 있었습니다."

연구자들이 현장 실험에서 사탕수수를 재배했을 때, 그들은 직립 잎 표현형이 더 많은 빛이 캐노피를 통과할 수 있도록 하여 바이오매스 수확량을 증가시킨다는 것을 발견했습니다. 특히 LG1 사본의 약 12%에서 편집이 포함되고 잎 경사각이 56% 감소한 한 사탕수수 라인은 건조 바이오매스 수확량이 18% 증가했습니다.

사탕수수를 최적화하여 더 많은 빛을 포착함으로써 이러한 유전자 편집은 밭에 더 많은 비료를 추가하지 않고도 바이오매스 수확량을 증가시킵니다. 그 외에도 복잡한 유전학 및 게놈 편집에 대한 더 깊은 이해를 구축하면 연구자들이 작물 개선을 위한 정교한 접근 방식을 찾는 데 도움이 됩니다.

이상의 기사는 2024년 6월 10일 Phys.org에 게재된 “Fine-tuning leaf angle with CRISPR improves sugarcane yield”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.

* 원문정보 출처 : Fine-tuning leaf angle with CRISPR improves sugarcane yield (phys.org)

* 추가정보 출처 : The extent of multiallelic, co‐editing of LIGULELESS1 in highly polyploid sugarcane tunes leaf inclination angle and enables selection of the ideotype for biomass yield - Brant - Plant Biotechnology Journal - Wiley Online Library

창조아고라 박윤석 VP 박윤석 VP의 기사 더보기

저작권자 ⓒ 창조아고라, 무단 전재 및 재배포 금지